什么是区块链？

什么是区块链？

Blockchain可能看起来很复杂，它也可能是，但它的基本概念确实极其简单。区块链是一个电子数据库。为了理解区块链，有必要首先掌握什么是数据库。

数据库是以电子方式存储在计算机系统中的数据集合。数据库信息或数据通常以表格形式组织，以方便搜索和过滤特定信息。在电子表格和数据库中存储信息的区别是什么？

电子表格旨在为一个人或少数人存储和访问有限数量的信息。另一方面，数据库的目的是包含大量的信息，可以由任何数量的用户在同一时间快速简单地访问、过滤和改变。

大型数据库通过将数据存储在由强大的计算机组成的服务器上来实现这一目标。这些服务器通常设计有数百或数千台计算机，以提供几个用户同时访问数据库所需的处理能力和存储容量。虽然任何人都可以访问电子表格或数据库，但它通常由一个公司拥有，并由一个指定的人维护，他完全控制它的功能和里面的数据。

那么，区块链与数据库的区别是什么？

Blockchain存储结构

数据的组织方式在传统数据库和区块链之间有很大不同。区块链在被称为区块的分组中积累信息，其中包括一些信息集。当一个区块的存储容量达到时，它被链到之前的完整区块上，产生一个被称为 "区块链 "的数据链。所有新加入的区块之后的新信息都被组装成一个新形成的区块，一旦完成，就被添加到链上。

数据库将数据组织成表，但区块链，正如其名称所示，将数据组织成连接在一起的大块（区块）。因此，尽管所有区块链都是数据库，但并非所有数据库都是区块链。当以去中心化的方式实施时，这种方法创造了一个不可逆的数据时间轴。当一个区块完成后，它就成为永久的，并形成这个时间线的一部分。当一个区块被添加到链上时，它被分配一个精确的时间戳。

一个Blockchain的交易过程

加密货币的属性

在Blockchain背景下的权力下放

从区块链如何实现的角度来考虑区块链是有帮助的。 比特币 以便理解它。Bitcoin，就像一个数据库，需要一组计算机来保持其区块链。这个区块链只是一种数据库的形式，它保存着每一笔Bitcoin的交易。就Bitcoin而言，与其他数据库不同的是，这些计算机并不都在同一屋檐下，每台计算机或每组计算机都由不同的人或团体来管理。

假设一家公司拥有一台拥有10,000台机器的服务器和一个包含其所有客户账户信息的数据库。这家公司有一个仓库，所有这些计算机都被安置在一个屋檐下，它对所有这些系统和存储在里面的信息有完全的权力。同样，Bitcoin是由数千台计算机组成的，但每台计算机或持有其区块链的计算机组都在一个不同的地理位置，并由不同的人或团体管理。节点是构成Bitcoin网络的机器。

Bitcoin的区块链在这种模式下被分散地利用。然而，也存在私有的、中心化的区块链，其中构成网络的机器由一家公司拥有和维护。

区块链中的每个节点都包含了区块链上从一开始就记录的数据的完整记录。Bitcoin的数据是所有Bitcoin交易的全部历史。如果一个节点的数据有错误，它可以利用其他成千上万的节点作为参考点来纠正自己。这样一来，网络中的任何一个节点都不可能改变其内部存储的信息。因此，Bitcoin的区块链中每个区块的交易历史是不可逆转的。

如果一个用户篡改了Bitcoin的交易记录，其他节点会相互参照，很容易识别出信息不准确的节点。这种方法有助于建立一个精确和可见的发生顺序。这些信息是Bitcoin的交易记录，然而区块链也可能包括各种信息，如法律合同、国家识别，或公司的货物库存。

要修改该系统的功能或其内部存储的信息，分散式网络中的大多数处理能力必须同意修改。这保证了任何实施的改变都符合大多数人的最佳利益。

什么是智能合约？

智能合约是可在区块链上执行或强制执行的程序化合约，无需人工干预。当某些情况得到满足时，它们可以通过编程来定义和执行协议或交易。智能合约在区块链上是分布式的、不可改变的。

智能合约形成后，一旦放在Blockchain上就不能更改。合同的代码不能被第三方或合同的作者改变。每个查看Blockchain的人，包括利益相关者和感兴趣的第三方，都会验证智能合约的结果。

汽车保险合同是智能合约在现实世界中的一个用例。当智能合约的情况在保险事件中发生改变时，比如车祸，索赔程序就会立即启动。该事件的参数，如行驶速度、地点和时间，可以记录在区块链上。如果智能合约的变量超过了事先约定的特定标准，索赔程序就会自动启动，并且可以在不需要人类互动的情况下给出精确的现金结算金额。

如果你制造、购买或销售物品，使供应链的每个阶段更明显的能力可能会使你的公司受益。智能合约使产品从生产到零售货架的跟踪成为可能。物联网设备可以直接向智能合约发布位置数据，简化了跟踪过程。这种能力允许你实时查看整个供应链。如果你交付的产品在海关被拦截，你会被及时通知。先进的跟踪也有助于减少欺诈和盗窃的危险。

智能合约不仅减少了与政策执行有关的行政费用，而且还向所有监管机构和利益相关者展示了程序的开放性和信心。

什么是共识和已知的共识变化？

共识通常被用来描述一个团体或社会成员之间的广泛协议。区块链中的共识是指mining或有权力的大多数人宣布他们签署了一个交易区块。如前所述，去中心化需要更多的人参与到决策过程中来；当做出结论时，协议就成立了。

在区块链解决方案中，需要达成共识才能在链上发布区块；被拒绝的交易不会被记录在链上。这种方法是使区块链技术防篡改的原因，因为添加或编辑错误的数据需要损害大多数网络成员，而不仅仅是数据中心的一台服务器（例如：Equifax，Target等）。

有几种共识模式。这些模式是通过补偿比特币用户或通过其他方法，使组成共识的个人保持诚实，并有动力继续确认交易。其中流行的共识模式有。

• 工作证明:工作证明是一个很难（昂贵、耗时）产生但对其他人来说又很容易验证的数据，并且符合特定的标准。到目前为止，Bitcoin和大多数区块链都遵循PoW共识机制。它以其强大的安全性而闻名，但它有大量的可扩展性问题，导致速度差和交易成本高。PoW还使用了大量的电力。
• 股权证明:在基于PoS的加密货币中，下一个区块的作者是通过随机选择和财富或年龄（即股权）的混合来确定的。PoS可能被设定为比PoW更有效的共识机制，导致能源消耗减少，交易成本更低，也许还有更大的可扩展性。目前正在对PoS系统的长期安全性进行调查。
• 权力证明:在基于PoA的网络中，交易和区块由被认可的账户（称为验证者）进行验证。验证者使用软件，使他们能够将交易归入区块。该程序是自动化的，所以验证者不需要不断地检查他们的计算机。然而，它确实需要保持计算机（权威节点）不受影响。PoA使用值得信赖的验证者来显著提高区块链的效率，从而在保持安全链的同时，大幅提高可扩展性，降低交易成本。

透明度

因其分散的性质 比特币的 区块链，所有的交易都可以通过拥有一个个人节点或通过使用 区块链探索者 让任何人都能看到正在发生的交易。每个节点都有自己的链的副本，随着新区块的确认和添加而更新。这意味着，如果你愿意，你可以跟踪Bitcoin，无论它去哪里。

比如说。 交易所已被黑客攻击 在过去，那些在交易所持有Bitcoin的人失去了一切。虽然黑客可能是完全匿名的，但他们提取的Bitcoin很容易被追踪。如果在一些黑客攻击中被盗的Bitcoin被转移或花在某个地方，就会被人知道。

Blockchain是否安全？

在许多方面，区块链技术解决了安全和信任方面的问题。首先，新区块总是按照线性和时间顺序保存。也就是说，它们总是被附加到区块链的 "末端"。如果你看一下Bitcoin区块链，你会发现每个区块在链上都有一个被称为 "高度 "的位置。截至2020年11月，该区块的高度已经达到656197个区块。

一旦一个区块被附加到区块链的末端，除非大多数人同意这样做，否则很难再回去改变它的内容。这是由于每个区块都有自己的哈希值，以及它之前的区块的哈希值和之前所说的时间戳。数学函数通过将数字数据转换为一串数字和字符来生成哈希代码。如果该信息以任何方式被改变，哈希代码也会改变。

下面是为什么这对安全很重要。假设一个黑客想改变区块链，以便从其他人那里获得Bitcoin。如果他们改变了他们的单一副本，它将不再与其他所有人的副本同步。当其他人比较他们的副本时，他们将看到这一个副本脱颖而出，而黑客的链的版本将被视为无效。

要想成功，黑客必须同时拥有并改变51%的区块链副本，使他们的新副本成为多数副本，从而成为商定的链。这样的攻击也需要大量的资金和资源，因为由于时间戳和哈希代码的不同，他们必须重写所有的区块。

由于Bitcoin网络的规模和它的发展速度，完成这样一个壮举的费用是非常肯定的。这不仅是巨大的成本，而且也很可能是徒劳的。这样的行动不会不被网络参与者注意到，他们会发现区块链的这种实质性变化。然后，网络成员会分流到一个不受影响的新版本的链上。

这将导致目标版本的Bitcoin的价值崩溃，使攻击最终徒劳无功，因为不良行为者现在控制了一个毫无价值的资产。如果一个坏的行为者攻击下一个Bitcoin的分裂，也会发生同样的事情。它是以这种方式设计的，所以参与网络比攻击网络在经济上更受鼓励。

区块链与比特币

Blockchain的目的是使数字信息能够被记录和传播，但不被改变。Stuart Haber和W. Scott Stornetta这两位学者旨在开发一个文件时间戳不能被操纵的系统，他们在1991年提出了区块链技术。但直到二十多年后，随着2009年1月Bitcoin的推出，区块链才迎来了它在现实世界的第一次实施。

区块链是Bitcoin协议的基础。Bitcoin的假名开发者中本聪在一篇研究论文中把这种数字货币描述为 "一种新的电子现金系统，完全是点对点的，没有可信的第三方"。

这里需要记住的关键一点是，尽管Bitcoin利用区块链透明地记录了一个支付账本，但理论上区块链可以用来不可改变地存储任何数量的数据项目。如前所述，这可能是交易、选举投票、货物库存、国家身份识别、住宅契约等的形式。

目前已经有大量基于区块链的倡议，试图将区块链用于交易记录以外的目的。其中一个例子是在民主选举中使用区块链进行投票。由于区块链的不可更改性，欺诈性投票将变得更加困难。

例如，可以设计一个投票系统，使一个国家的每个公民收到一个单独的硬币或token。然后每个候选人将被分配一个 唯一的钱包地址，而选民将把他们的token或加密货币传送到他们想要投票的候选人的地址。由于区块链是透明和可追踪的，它消除了人工计票的需要，也消除了不良行为者干扰实物投票的可能性。

区块链与银行

银行和去中心化的区块链有很大的不同。为了了解银行与区块链的不同之处，让我们把银行系统与 比特币的 区块链的实施。

区块链是如何使用的？

正如我们现在所知，Bitcoin区块链上的区块持有关于货币交易的数据。然而，事实证明，区块链也是记录其他种类交易数据的可行方法。

沃尔玛、辉瑞、AIG、西门子、联合利华以及其他一系列企业已经使用了区块链。 VeChain比如说，已经创建了一个 "市场就绪的、区块链支持的食品安全解决方案"。这是以 工具链这是一个一站式的数据Blockchain即服务（BaaS）平台，追踪食品货物到达目的地的行程。

你为什么要这样做？在食品行业已经发生了无数次大肠杆菌、沙门氏菌和李斯特菌的爆发，以及有害化合物被错误地引入到膳食中。过去要花几周时间才能弄清楚这些爆发的来源，或者是什么导致个人生病。

利用区块链，营销人员可以跟踪食品从原产地到沿途每一站的旅程，并最终到达其交付地点。如果一顿饭被证明是有问题的，它可以通过每一站追踪到其来源。不仅如此，这些公司现在还可以看到与它们接触的所有其他东西，使问题能够更早地被发现，也许还能拯救生命。这只是区块链行动的一个例子；还有其他不同类型的区块链实施。

银行和金融

也许没有哪个部门会比银行业从将区块链纳入其业务流程中获得更多好处。金融机构在营业时间内每周只开放五天。这意味着，如果你试图在周五下午6点存入一张支票，你可能要等到周一早上资金才会出现在你的账户中。即使你在工作时间存款，由于银行必须解决大量的交易，可能需要一到三天的时间来验证交易。相比之下，Blockchain不眠不休。

通过将区块链纳入银行，用户可能期望他们的交易在短短10分钟内完成，这是在区块链上添加一个区块所需的时间，不受节假日或一天或一周的时间影响。银行也可以利用区块链更迅速、更安全地进行跨机构的资金交易。例如，在股票交易行业，结算和清算程序可能需要三天时间（如果在海外交易，则需要更长时间），这意味着在这段时间内，资金和股票被冻结。

鉴于所涉及的资金规模，即使是几天的运输也可能给机构带来巨大的开支和危险。据欧洲银行称，潜在的节省是 桑坦德银行 和其研究伙伴，每年从$150亿到$200亿不等。根据 凯捷公司法国一家咨询公司称，基于区块链的应用程序每年可能为客户节省多达$16亿的银行和保险费用。

货币

Blockchain是Bitcoin等加密货币的基础。该 美联储 控制美国货币。在这种中央权威结构下，用户的数据和现金理论上是受他们的银行或政府摆布的。如果一个用户的银行被黑，客户的个人信息就会受到影响。如果客户居住在一个政府不稳定的国家，他们的银行倒闭，客户的钱的价值可能会受到威胁。 一些在2008年耗尽资金的银行被部分地用政府的钱进行了救助.这些都是导致Bitcoin创建和发展的关切。

Blockchain让Bitcoin和其他加密货币在不需要中央机构的情况下，通过在计算机网络上分配其活动来运作。这降低了风险，同时也消除了许多处理和交易费用。它还可以为那些货币或金融基础设施不稳定的国家的人们提供一种更稳定的货币，有更多的用途，以及一个更大的个人和组织网络，他们可以在当地和全球范围内与之做生意。

使用比特币钱包进行储蓄账户或支付，对于没有国家身份的人来说特别重要。一些国家可能正处于内战之中，或者其行政部门缺乏必要的基础设施来提供身份证明。这些国家的公民可能无法获得储蓄或经纪账户，使他们没有办法安全地存储资金。

这些国家的公民可能无法获得储蓄或经纪账户，因此，没有办法安全地储存财富。

医疗保健

Blockchain可由医疗保健专业人士用于安全地保存病人的医疗记录。当医疗记录被创建和签署时，它可能会被存储在区块链上，给病人提供证据和保证记录不会被篡改。这些个人健康数据可能会被编码，并用私钥保存在区块链上，使其只对某些人可用，并保持隐私。

财产记录

如果你曾经去过当地的记录办公室，你就会知道，记录产权的过程既费时又低效。现在，一份有形的契约必须提交给当地记录办公室的政府雇员，由他们手动将其输入县的中央数据库和公共索引。在发生财产纠纷时，必须将财产要求与公共索引进行核对。

这种程序不仅昂贵，而且费时；它还充满了人为错误，每一个错误都会降低监测财产所有权的效率。Blockchain有能力消除在当地记录办公室进行文件扫描和物理文件跟踪的必要性。如果他们的契约在区块链上被保存和验证，财产所有者可能会有信心，他们的契约是准确和永久记录的。

在饱受战争蹂躏的国家或几乎没有政府或金融基础设施的地方，以及肯定没有 "记录员办公室 "的地方，可能几乎很难核实财产所有权。如果生活在这种地区的一群人能够利用区块链，就可能创造出透明的、毫不含糊的财产所有权时限。

智能合约

智能合约是一段可能嵌入区块链的计算机代码，以帮助促进、验证或谈判合同协议。智能合约在一套商定的标准下运作。当某些要求得到满足时，协议的规定就会立即执行。

假设一个潜在的租房者希望通过使用智能合约来租赁一套公寓。房东承诺，一旦租户支付了押金，就向租户提供公寓的门码。租房者和房东都会将各自的协议部分传送给智能合约，智能合约会保存门牌号，并在租赁开始之日立即将其换成押金。如果房东在租赁期满前没有提供门牌号，智能合约将退还保证金。这将避免通常与使用公证人、第三方调解人或律师有关的费用和程序。

供应链

供应商可以利用区块链来记录他们所收购物品的出处，如图所示 Vechain工具链 食品安全系统。与 "有机"、"当地 "和 "公平贸易 "等典型标签一起，这将使企业能够验证其商品的合法性。

投票表决

如前所述，区块链技术可能被用来实现当代投票系统。使用区块链的投票有可能减少选举欺诈，同时提高选民参与度。 如2018年11月西弗吉尼亚州的中期选举所示.以这种方式使用区块链将使篡改选票变得几乎困难。区块链协议还将确保选举过程的透明度，降低进行选举所需的人数，给当局提供近乎即时的结果。这将消除重新计票的需要和选举欺诈的任何严重可能性。

链条的准确性

由成千上万台计算机组成的网络在区块链网络上批准交易。这几乎消除了人类在验证过程中的所有参与，从而减少了人为错误，并使数据的记录更加准确。即使网络上的一台机器犯了计算错误，它也只会影响区块链的一个副本。这个错误必须由网络中至少51%的计算机犯下，才能传播到区块链的其余部分，这对于像Bitcoin这样的庞大和发展中的网络来说几乎是不可能的。

成本削减

客户经常付钱给银行来验证一项交易，付钱给公证员来签署一份文件，或者付钱给牧师来执行一个结婚仪式。区块链的使用消除了对第三方验证的要求和随之而来的费用。例如，企业在接受信用卡支付时要支付一笔很小的费用，因为银行和支付处理供应商必须处理这种交易。另一方面，Bitcoin缺乏一个中心化的机构，并提供低交易成本。

权力下放

Blockchain并没有将其任何数据保存在一个集中的地方。相反，区块链被复制并分布在一个计算机网络上。每当有新的区块被添加到区块链中，网络中的每台计算机都会更新其区块链。Blockchain通过在网络上传播这些信息，而不是将其保存在一个单一的中央数据库中，变得更加难以操纵。如果黑客获得了区块链的副本，那么只是一份信息的副本，而不是整个网络，都会受到影响。

高效的交易

由中央机构处理的交易可能需要几天的时间来结算。例如，如果你试图在周五晚上存入一张支票，现金可能要到周一早上才会出现在你的账户中。与金融机构在营业时间和每周五天内运作不同，区块链每天24小时、每周七天、每年365天都在运作。交易可能在短短10分钟内完成，并在几小时内安全完成。这对跨境交易尤其重要，由于时差和各方都必须批准付款处理，跨境交易往往需要大量时间。

私人交易

许多区块链网络作为公共数据库运作，这意味着任何有互联网连接的人都可以访问网络的交易历史。虽然用户可以看到交易数据，但他们不能查看进行这些交易的人的身份信息。这是一个流行的误解，认为区块链网络，如比特币，是匿名的，而它们只是秘密的。

也就是说，当用户进行公开交易时，他们的唯一代码，即所谓的公钥，而不是他们的个人信息，被存储在区块链上。如果一个人在需要身份证明的交易所购买Bitcoin，他们的身份仍然与他们的区块链地址相连；尽管如此，交易即使附加在一个人的名字上，也不会泄露任何个人信息。

安全交易

一旦交易被记录，区块链网络必须验证其合法性。区块链上的数千台计算机竞相证明购买数据的准确性。交易一旦被机器验证，就被添加到区块链区块中。区块链上的每个区块都有自己独特的哈希值，以及前一个区块的独特哈希值。当一个区块上的信息以任何方式被改变时，该区块的哈希码就会改变；然而，后面的区块的哈希码却不会。这种差异使得在区块链上更新信息而不被发现变得非常困难。

透明度

大多数的区块链都是完全 开放源码 软件。这意味着任何能够接触到代码的人都可以看到它。这使得审计人员能够检查Bitcoin等加密货币的安全性。这也意味着，对于谁控制Bitcoin代码或如何修改代码，没有实际的权威。因此，任何人都可以对系统提出调整或补充。如果大多数网络用户认为升级后的新版代码是健全的、有价值的，那么Bitcoin就可能被升级。

为没有银行业务的人提供服务

也许区块链和Bitcoin最重要的方面是任何人都有可能利用它，不分种族、性别或文化背景。根据世界银行的数据，大约有20亿人没有银行账户或其他方式来保存他们的金钱或财富。

这些人中几乎有许多人居住在发展中国家，那里的经济仍处于起步阶段，完全基于现金。

这些人往往赚取的钱很少，都是以现金支付。然后他们必须将这些实际货币藏在家里或居住地，使他们容易受到抢劫或无端的暴力。Bitcoin钱包的钥匙可以写在纸上，保存在廉价的移动电话上，甚至在需要时可以记住。大多数人的替代品可能比床垫下的少量现金更容易被隐藏起来。

未来的Blockchains除了作为财富存储的账户单位外，还在探索如何存储医疗信息、产权和其他一些法律合同。